茉莉酸在植物抗逆性中的研究进展

茉莉酸(jasmonic acid, JA)是一种植物内源合成的脂类激素，在植物响应胁迫的调控中发挥着重要作用。本文概括了JA的生物合成与代谢途径及其调控机制；总结了JA信号的传导通路；系统归纳了JA在植物响应生物和非生物胁迫应答中的作用机制和调控网络，重点关注了最新的研究进展。此外，本文梳理了JA与其他植物激素在植物抗逆性调节过程中的信号交流。最后讨论了JA信号通路介导的植物抗逆性研究中亟待解决的问题，并展望了新的分子生物学技术在调控JA信号通路增强作物抗性中的应用前景，以期为植物的抗逆性研究和改良提供参考。     

植物应答逆境胁迫的蛋白质组学研究进展

逆境胁迫是制约植物生长发育、影响作物产量和质量的关键因子,揭示植物应答胁迫的分子机理一直是人们长期探索的重大课题.随着拟南芥、水稻等模式植物基因组测序的完成,植物基因组学的研究重点已经转变为功能基因组学研究,蛋白质组学是后基因组时代的新兴研究领域,它有助于人们从分子水平上了解植物耐受胁迫的机制.介绍了植物应答非生物胁迫,如盐胁迫、温度胁迫、干旱胁迫、营养胁迫和机械伤害等,以及生物胁迫,如病菌侵害的蛋白质组学最新研究进展,并探讨了利用蛋白质组学技术研究植物抗逆性方面的优势和前景.     

木葡聚糖及其在植物抗逆过程中的功能研究进展

木葡聚糖(XyG)是一种存在于所有陆生植物细胞壁中的基质多糖, 是双子叶植物初生细胞壁中含量(20%-25%, w/w)最丰富的半纤维素成分。作为细胞壁的组分, XyG不仅与植物的生长发育密切相关, 还在植物抵抗各种生物和非生物逆境过程中发挥重要作用。XyG代谢相关基因主要通过改变植物细胞壁的组成以及对细胞壁进行重排进而改变细胞壁的弹性/硬度等特性, 影响植物的抗逆性。XyG及其寡糖也可能作为信号分子, 或与其它信号分子协同作用应对逆境胁迫。该文概述了XyG的结构与类型及参与XyG生物合成与降解的相关基因, 重点阐述XyG相关基因应答生物和非生物胁迫的作用机制。     

高等植物根边缘细胞的发育调控及其生物学功能

植物根边缘细胞是从根冠表皮游离出来并聚集在根尖周围的一群特殊细胞,以前曾称为根冠脱落细胞.最近的证据表明,绝大多数物种边缘细胞具有生物学活性,其发育是受内外信号调控.边缘细胞一旦从根表皮游离后,其代谢活性大大上升、基因表达明显不同于根冠细胞.最近,与边缘细胞发育早期和晚期相关的两个基因PsUGT1和RCPME1分别被克隆和鉴定.边缘细胞能特异性地合成、分泌一系列的化学物质,包括花色素苷、抗生素、特异性酶类及其他化学物质能抑制或促进根际周围的细菌、真菌、病毒、线虫等的生长以及中和根际周围一些有毒化学物质如铝毒.因此,边缘细胞在植物生长发育过程中起着多种生物学功能.     

高等植物根边缘细胞的发育调控及其生物学功能

植物根边缘细胞是从根冠表皮游离出来并聚集在根尖周围的一群特殊细胞 ,以前曾称为根冠脱落细胞。最近的证据表明 ,绝大多数物种边缘细胞具有生物学活性 ,其发育是受内外信号调控。边缘细胞一旦从根表皮游离后 ,其代谢活性大大上升、基因表达明显不同于根冠细胞。最近 ,与边缘细胞发育早期和晚期相关的两个基因PsUGT1和RCPME1分别被克隆和鉴定。边缘细胞能特异性地合成、分泌一系列的化学物质 ,包括花色素苷、抗生素、特异性酶类及其他化学物质能抑制或促进根际周围的细菌、真菌、病毒、线虫等的生长以及中和根际周围一些有毒化学物质如铝毒。因此 ,边缘细胞在植物生长发育过程中起着多种生物学功能     

铜离子胁迫下玉米根边缘细胞数量及存活率

采用悬空培养及离体培养的方式,观察玉米的根边缘细胞在铜离子胁迫下发生的形态、数量及存活率变化情况,结果表明,在玉米根长为32mm的时候,边缘细胞的数量达到最大,为4125个,但其存活率此时最低。玉米的根边缘细胞随着铜离子浓度增加,边缘细胞的数量发生变化。当处理浓度为50umol·L-1时,边缘细胞的死细胞数量达到758个（存活率为24．80％）,随后铜离子处理浓度增加到100umol·L-1时,存活率降低了17．54％。玉米根边缘细胞的数量随着铜离子浓度的增加呈现出逐渐减少的趋势,而存活率逐渐降低,说明在重金属铜离子胁迫下,根边缘细胞的释放起到对根际区域的保护作用。     

植物小RNAs及其抗胁迫机制研究进展

植物非编码小RNA(sRNAs)主要分为三类:微小RNA(m iRNAs)、小干扰RNA(siRNAs)和长小片段干扰RNA(lsiRNAs)。三者的生物合成和作用机制有所不同,但他们主要都通过介导靶mRNAs的剪切或抑制其翻译来调控基因的表达。这篇文章主要介绍小RNA研究的最新进展,并重点阐述其在非生物和生物胁迫中发挥的作用,如应对矿质元素缺乏、氧化胁迫、ABA胁迫以及病原菌入侵等生理过程。     

植物microRNA及其抗胁迫作用机制研究进展

植物中广泛存在的microRNA是一类长度约20~24 nt的非编码RNA,它作为负调控因子,通过降解目的基因或抑制目的基因的翻译作用,在转录后水平调控基因的表达.植物microRNA参与生长发育等功能的调控,并在抗生物或非生物胁迫中发挥着重要的作用,如调控植物体内磷、硫的代谢平衡及应对氧化胁迫等生理过程.本文对植物microRNA的特点、形成、作用机制、功能及研究技术方法进行了综述.     

扩展蛋白与植物抗逆性关系研究进展

扩展蛋白是一种细胞壁蛋白,可调节细胞壁的松弛和伸展。目前研究表明,扩展蛋白几乎参与调节植物生长发育的整个进程。扩展蛋白还与植物的多种抗性反应有关,在植物对干旱、高盐以及病虫害等生物胁迫和非生物胁迫响应方面起着重要的调节作用。干旱胁迫下扩展蛋白基因的表达与植物的抗旱性有一定的关系;植物的耐盐性受到扩展蛋白基因表达的影响;淹水促进植物的伸长生长与扩展蛋白的表达密切相关;扩展蛋白调节细胞壁松弛为植物抗病性研究提供了新的思路。     

植物褪黑素研究进展

褪黑素最初是在动物中发现的一种吲哚类小分子,具有昼夜节律调节、清除自由基等多种生理功能,还具有改善睡眠的保健作用。后来在植物中也检测到了褪黑素,这表明植物也能合成褪黑素。随着对植物褪黑素的深入研究,发现褪黑素在调控植物生长发育、耐受干旱、高温、低温、高盐、重金属等非生物胁迫、抵御细菌和真菌病害方面具有重要作用。从植物褪黑素合成途径、生长发育调控和胁迫应答反应方面的研究进展进行了综述,以期为植物褪黑素研究提供参考。     

大豆（Glycine max L.）边缘细胞对铝毒的生理生态响应

以大豆浙春2号(铝耐性)和华春18号(铝敏感)为材料,研究了铝胁迫下附着于根尖边缘细胞(即原位边缘细胞)的存活率、根伸长抑制率和PME活性变化以及Al3 对离体后边缘细胞存活率、黏液层厚度的影响。结果表明:铝胁迫下附着于根尖的边缘细胞比离体边缘细胞有更高的活性,前者Al3 处理24h后,其成活率仍能达到74%以上,而后者Al3 处理12h,浙春2号和华春18号边缘细胞的活性在400μmol/L时分别只有44.58%和26.16%;前后两者细胞活性都有随着Al3 浓度升高和处理时间的延长,边缘细胞活性呈越来越低的变化趋势,而离体边缘细胞Al3 处理6h时,相对于敏感性品种而言,高浓度Al3 (≥200μmol/L)有利于铝耐性品种的边缘细胞存活。随Al3 浓度的提升,果胶甲基酯酶(PME)活性增加,根伸长受抑加剧,敏感品种PME活性及铝造成的根伸长抑制均高于耐性品种;同时,Al3 对黏液的产生有一定的影响,黏液层的厚度随Al3 浓度成正向变化趋势。不同Al3 浓度及处理时间下,耐性品种都比敏感品种边缘细胞有较高的活性、分泌较多的黏液。以上结果说明Al3 对边缘细胞具有一定的毒害效应,果胶甲基酯化程度、根伸长受抑及边缘细胞黏液的分泌是根冠对Al毒胁迫反应的结果。     

NAC转录因子在植物抗病和抗非生物胁迫反应中的作用

NAC转录因子是植物特有的一类转录因子,其共同特点是在N端含有一段高度保守、由约150个氨基酸组成的NAC结构域,而C端为高度变异的转录调控区。研究表明,NAC转录因子不仅参与植物生长发育的调控,而且在植物抗逆反应中具有重要的调控作用。文章着重介绍NAC转录因子在植物抗逆反应中的作用及其调控机制,并简要讨论NAC转录因子生物学功能的研究方向。     

The role of phytochrome in stress tolerance

It is well-documented that phytochromes can control plant growth and development from germination to flowering. Additionally, these photoreceptors have been shown to modulate both biotic and abiotic stress. This has led to a series of studies exploring the molecular and biochemical basis by which phytochromes modulate stresses, such as salinity, drought, high light or herbivory. Evidence for a role of phytrochromes in plant stress tolerance is explored and reviewed.     

NO和H2O2诱导大豆根尖和边缘细胞耐铝反应的作用

 NO和H₂O₂是参与植物抗非生物胁迫反应的重要信号分子, 为了确定NO和H₂O₂在大豆(Glycine max)根尖和根边缘细胞(root border cells, RBCs)耐铝反应中的作用及其相互关系, 以‘浙春3号’大豆为材料, 研究了铝毒胁迫下大豆根尖内源NO和H₂O₂的变化, 以及外源NO和H₂O₂诱导大豆根尖和RBCs的耐铝反应。结果表明, 50 μmol·L^–1 Al处理48 h显著抑制大豆根的伸长, 提高Al在根尖的积累, 同时显著增加根尖内源NO和H₂O₂含量。施加0.25 mmol·L^–1外源NO供体亚硝基铁氰化钠(Na₂[Fe(CN)₅NO]·2H₂O, sodium nitroprusside, SNP)和0.1 mmol·L^–1H₂O₂, 能有效地缓解Al对大豆根伸长的抑制、根尖Al积累和RBCs 的死亡, 该缓解作用可以被0.05 mmol·L^–1 NO清除剂2-(4- 羧基苯)-4,4,5,5- 四甲基咪唑-1- 氧-3- 氧化物, 钾盐(C₁₄H₁₆N₂O₄·K, carboxy-PTIO, cPTIO)和150 U·mL^–1 H₂O₂清除酶(catalase, CAT)逆转。并且外源NO能够显著促进根尖H₂O₂的积累, 而外源H₂O₂对根尖NO的含量无显著影响。这表明NO和H₂O₂是诱导大豆根尖及RBCs耐铝反应的两种信号分子, NO可能通过调控H₂O₂的形成, 进而诱导大豆根尖及RBCs的耐铝反应。     

Response and tolerance of root border cells to aluminum toxicity in soybean seedlings

Root border cells (RBCs) and their secreted mucilage are suggested to participate in the resistance against toxic metal cations, including aluminum (Al), in the rhizosphere. However, the mechanisms by which the individual cell populations respond to Al and their role in Al resistance still remain unclear. In this research, the response and tolerance of RBCs to Al toxicity were investigated in the root tips of two soybean cultivars [Zhechun No. 2 (Al-tolerant cultivar) and Huachun No. 18 (Al-sensitive cultivar)]. Al inhibited root elongation and increased pectin methylesterase (PME) activity in the root tip. Removal of RBCs from the root tips resulted in a more severe inhibition of root elongation, especially in Huachun No. 18. Increasing Al levels and treatment time decreased the relative percent viability of RBCs in situ and in vitro in both soybean cultivars. Al application significantly increased mucilage layer thickness around the detached RBCs of both cultivars. Additionally, a significantly higher relative percent cell viability of attached and detached RBCs and thicker mucilage layers were observed in Zhechun No. 2. The higher viability of attached and detached RBCs, as well as the thickening of the mucilage layer in separated RBCs, suggest that RBCs play an important role in protecting root apices from Al toxicity.     

荞麦、高粱根系分泌物对玉米根边缘细胞和根生长的影响

植物的根系分泌物是植物根系与周围环境之间的化学媒介,通过传递特定的信息,调节根际微环境,影响周围植物的生长。玉米(Zea mays L.)和荞麦(Fagopyrum esculentum Moench)是农作物间套作体系中典型的不能搭配的组合,其障碍因素尚不清楚。以玉米为受体植物,采用根悬空培养的方法,研究了荞麦、高粱(Sorghum bicolor(L.) Moench)根系分泌物对玉米根边缘细胞和根生长的影响。结果发现,玉米根边缘细胞离体培养条件下,用荞麦根系分泌物中的小分子物质处理4、8 h显著诱导边缘细胞凋亡、死亡,细胞活率分别比对照降低了71.6%和72.3%;荞麦根系分泌物中的小分子物质对玉米根产生氧化胁迫,诱导根SOD、POD和CAT活性分别比对照高22.6%、33.9%和107.2%,根中超氧阴离子(O₂^-·)和脯氨酸含量分别比对照高33.9%和49.8%;荞麦根系分泌物中小分子物质的胁迫使根细胞膜透性增大,与对照相比升高80.0%,丙二醛(MDA)含量比对照升高31.5%;荞麦根系分泌物中小分子物质诱导根内源激素(IAA)含...     

In vivo role of nitric oxide in plant response to abiotic and biotic stress

Over the past few years, nitric oxide (NO) has emerged as an important regulator in many physiological events, especially in response to abiotic and biotic stress. However, the roles of NO were mostly derived from pharmacological studies or the mutants impaired NO synthesis unspecifically. In our recent study, we highlighted a novel strategy by expressing the rat neuronal NO synthase (nNOS) in Arabidopsis to explore the in vivo role of NO. Our results suggested that plants were able to perform well in the constitutive presence of nNOS, and provided a new class of plant experimental system with specific in vivo NO release. Furthermore, our findings also confirmed that the in vivo NO is essential for most of environmental abiotic stresses and disease resistance against pathogen infection. Proper level of NO may be necessary and beneficial, not only in plant response to the environmental abiotic stress, but also to biotic stress.